МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МАШИНА ТРЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК G01N3/56 G01N19/02 

Изобретение относится к области трибометрии для исследования процессов трения, износа и трибоЭДС как при сухом трении, так и со смазкой.

Известно устройство (варианты) для трибометрических исследований как при сухом трении, так и со смазкой (G01N 19/02, RU 2109268).

Известно устройство для возбуждения и измерения электризации неметаллических материалов (G01R 29/12, SU 1137413).

Известно устройство для определения коэффициента трения (G01N 19/02, RU 2120615).

Известно устройство с импульсной нагрузкой для испытания на контактную выносливость (РФ 2522781).

Известны установка для исследования трения покоя при высоких давлениях (Трение покоя. Монография / Д.Т. Авдеев, Н.В. Бабец, Н.П. Семенихин, И.В. Колесников, под общ. ред. Академика РАН В.И. Колесникова - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2014, с. 88).

Известно устройство для испытания материалов на трение и износ (машина трения). Трибометр МТ-393 (http//www.metrotex.ru).

Известна машина трения ИИ5018 (взамен 2070 СМТ-1, СМЦ-2), tm37.ru.

Известно, что при функционировании трибомеханических систем происходит изменение свойств элементов системы, а именно: топография и состав поверхности, прочностные свойства, потери материала (изнашивание). Также трибосопряжения в процессе эксплуатации могут подвергаться воздействию сочетанием различных нагрузок: статические, вибрационные, режим реверсивного движения, фреттинг, покой. Причем режимы могут меняться в процессе эксплуатации. Большой интерес представляет замер трибоЭДС.

Имеющиеся в настоящее время машины трения и устройства для изучения трибосопряжений не позволяет провести исследования для различных видов нагрузок режимов и их сочетаний. Не представлены машины, позволяющие проводить испытания трибоузлов в широком диапазоне параметров вибрационных нагрузок.

Следует отметить недостаточную изученность такого явления, как «трение покоя» и необходимость его изучения. Устройства для замера трения покоя, как правило, основаны на статически приложенной нагрузке и не позволяют учесть предысторию работы трибоузла.

Все трибосопряжения периодически содержат режим остановки (покоя). Некоторые процессы в режиме покоя могут активизироваться (например адгезия) и на них влияет предыстория функционирования трибоузла. Таких устройств, для замера трения покоя с учетом предыстории в широком диапазоне нагрузок и режимов с одновременным замером трибоЭДС не представлено. Не все машины имеют программное обеспечение для управления машиной, отображения параметров в реальном времени: коэффициент трения, температура, трибоЭДС, износ.

Наиболее близким техническим решением является машина трения СИАМ-2 (Полимеры в узлах трения машин и приборов; Справочник / А.В. Чичинадзе, А.Л. Левин, М.М. Бородулин, Е.В. Зиновьев; под общ. ред. А.В. Чичинадзе - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988, стр. 222), включающая стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке и вал может вращаться вокруг своей оси и перемещаться вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником, жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале.

Однако данная машина трения не позволяет проводить испытания в широком диапазоне нагрузок (в том числе вибрационных с варьированием параметров) и режимов с замером коэффициента трения трибоЭДС, в т.ч. для полимеров прямых и обратных пар трения, температуры, износа и отображения в режиме времени. Машина не позволяет проводить замер трения покоя с учетом предыстории нагружения. Следует отметить, что получить такую информацию в таком объеме нет возможности и у зарубежных аналогов.

Изобретением решается задача расширения функциональных возможностей машины трения с обеспечением проведения испытаний при нагрузках статических, вибрационных (при широком диапазоне управляемых параметров), а также режимах реверсивного движения, фреттинга, замер «трения покоя» с учетом предыстории функционирования трибоузла, замер трибоЭДС (в т.ч. для полимеров прямых и обратных пар, температуры, износа с отображением в реальном времени. Обеспечением проведения исследований при чередовании режимов, а также, с целью получения взаимодополняющей информации, проводить испытания по двум схемам торцовой и вал-частичный подшипник.

Поставленная цель достигается тем, что, в известной многофункциональной машине трения, содержащей стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой конец - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале, согласно изобретения, неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов, причем внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющимся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с валом электродвигателя с частотным регулированием оборотов, а на другом конце вала электродвигателя установлен контрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора, при этом к боковой поверхности ролика прижат подпружиненный электрический контакт для снятия трибоЭДС, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы - трубы, расположенной соосно с приводным валом, в которой внутри размещены подвижно последовательно образцедержатель, установленный на шпонке на упоре, состоящий из ролика и обоймы и механическая система для создания нормальной нагрузки, состоящая из тензодатчика силы, прижимов, с размещенной между ними калиброванной пружиной и винта, упирающегося в прижим и размещенного на резьбе в крышке трубы измерительной системы, при этом, усилия от вращательного момента через фиксатор на образцедержателе передается на поводковый кронштейн, жестко связанный со вторым корпусом, на котором симметрично горизонтально расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале, при этом, регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, при этом износ трибопары замеряется размещенным на трубе индикатором.

В предлагаемой многофункциональной машине трения винт, размещенный на резьбе в крышке трубы измерительной системы, выполняется полым с размещением внутри него ударника из немагнитного материала, причем, один конец ударника проходит через отверстие в прижиме по оси и упирается в другой прижим измерительного узла, а другой конец ударника жестко соединен с управляющей катушкой электродинамического вибратора, установленной в магнитном зазоре и, через круговую пружину жестко соединенной с корпусом вибратора, который, в свою очередь, перемещается вдоль оси винтом и фиксируется контргайкой.

Поставленная цель достигается и тем, что, в известной многофункциональной машине трения (вариант), содержащей стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой конец - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале, согласно изобретения, неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов, причем внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющимся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с электродвигателем с частотным регулированием оборотов, а на другом конце - контрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора, при этом, к ролику прижат гайкой токосъемник, в который по оси упирается пружинный контакт для снятия трибоЭДС, причем, на внешнем корпусе, выполняющем роль маятника, на котором симметрично горизонтально расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале, при этом, регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы - трубы, расположенной вертикально, и, через кронштейн жестко связанной со вторым корпусом, причем в трубе последовательно снизу вверх размещены ползун со штифтом, входящим концами в пазы трубы и механическая система для создания нормальной силы в виде пружины с осями и линейкой, прижима, в который упирается винт с контргайкой и ручкой, размещенный по оси на резьбе в гайке на конце трубы, а в нижней части ползун через ось из изолятора соединен с переходником, в котором на оси размещена державка с зажатым образцом - частичным подшипником, который винтом через прижимы, калиброванную пружину, тензодатчик силы, ползун, ось, переходник и закрепленной на нем образцедержателем - державкой с образцом, прижимается к ролику с требуемым усилием, под которым размещена ванночка со смазкой, при этом, вес ползуна и соединенных с ним деталей уравновешен противовесом на конце рычага, закрепленного на оси кронштейна и с вилкой на конце, в которую входит штифт в ползуне.

Поставленная цель достигается также и тем, что, в известной многофункциональной машине трения (вариант), содержащей стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой конец - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале, согласно изобретения, неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов, причем внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющимся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с электродвигателем с частотным регулированием оборотов, а на другом конце - котрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора, при этом, к ролику прижат гайкой токосъемник, в который по оси упирается пружинный контакт для снятия трибоЭДС, при этом, на внешнем корпусе, выполняющем роль маятника, горизонтально симметрично расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале, при этом, регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы -трубы, расположенной вертикально, и, через кронштейн жестко связанный со вторым корпусом, причем в трубе последовательно снизу вверх размещены ползун со штифтом, входящим концами в пазы трубы и механическая система для создания нормальной силы состоящая из тензодатчика силы, на который устанавливается прижим со штифтом, концы которого входят в пазы трубы, и в верхний конец прижима на резьбе установлен винт с контргайкой, в торец которого упирается ударник, соединенный жестко по оси с катушкой управления электродинамического вибратора, установленного вертикально соосно с трубой и соединенным через вертикальную планку с кронштейном с возможностью регулирования вертикального перемещения с помощью винта с последующей жесткой фиксацией, причем ползун в нижней части через ось из изолятора соединен с переходником, в котором на оси размещена державка с зажатым образцом - частичный подшипник, который с помощью пружины вибратора прижат к ролику, с требуемым усилием статической и вибрационной нагрузки, а индикатор размещен на кронштейне для измерения износа трибосопряжения.

Поставленная цель достигается и тем, что, во всех вариантах многофункциональной машины трения, согласно изобретения, муфта, соединяющая вал электродвигателя с приводным валом, выполнена в виде сцепной управляемой зубчатой муфты состоящей из двух полумуфт и с пазом для вилки отводки подвижной муфты, размещенной на конце вала электродвигателя на шлицах, при этом, одна полумуфта размещена на шпонке на приводном валу, другая полумуфта со шкивом - на валу электродвигателя на подшипнике, с возможностью вращения вокруг оси, при этом, шкив полумуфты через ремень соединен со шкивом вала в подшипниковой опоре с осью, параллельной оси приводного вала, другой конец вала в подшипниковой опоре снабжен эксцентриком, входящим в вилку, конец которой насажен подвижно на ось приводного вала и имеет стопорный винт.

Сущность изобретения поясняется графически (фиг. 1 - фиг. 15).

На фиг. 1 представлена конструкция многофункциональной машины трения для испытания по торцовой схеме.

На фиг. 2 - вид сверху приводного узла и электродвигателя.

На фиг. 3 и 4 представлена конструкция приводного узла многофункциональной машины трения.

На фиг. 5 - пружинный контакт для снятия трибоЭДС.

На фиг. 6 - скоба со стопорным винтом

На фиг. 7 - поводковый кронштейн с фиксатором.

На фиг. 8 представлена конструкция машины трения для испытания по торцовой схеме с вибратором.

На фиг. 9 - вибратор.

На фиг. 10 представлена конструкция многофункциональной машины трения при испытании по схеме вал - частичный подшипник(вариант).

На фиг. 11 представлена конструкция трибоузла вал - частичный подшипник.

На фиг. 12 представлена конструкция многофункциональной машины трения при испытании по схеме вал - частичный подшипник с вибратором (вариант).

На фиг. 13 показано расположение индикатора часового типа по схеме вап - частичный подшипник.

На фиг. 14 представлена схема подключения приводного вала для фреттинг испытаний.

На фиг. 15 представлена конструкция сцепной механической управляемой зубчатой муфты.

Предлагаемая многофункциональная машина трения (фиг. 1) производит испытания по торцовой схеме и состоит из неподвижной бабки в виде двух корпусов, внешний корпус 1 может вращаться вокруг внутреннего корпуса 2, являющегося корпусом подшипниковой опоры приводного вала 3, который одним концом через муфту 4 соединен с электродвигателем 5 с частотным регулированием оборотов. На другом конце закреплен ролик 6, изолированный от приводного вала 3 втулкой 7 и шайбами 8, закрепленными на конце приводного вала 3 вместе с роликом 6, гайкой 9. Пружинный контакт 11 служит для снятия трибоЭДС с ролика 6 и состоит (фиг. 5) из винта 12, пружины 13, платика (из изолятора) 14. Пружинный контакт 11 прижимается к боковой поверхности ролика 6. Подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы и расположена на основании 15 соосно с приводным валом 3 и состоит из трубы 16, соединенной с кронштейном 17. На одном конце труба 16 закрыта гайкой 18 с отверстием с резьбой, в которую входит винт 19 с ручками 20. Винт 19 упирается в прижим 21, далее размещены пружина 22, прижим 23. На прижимах 22 и 23 размещены оси 24, 25. На оси 25 жестко закреплена линейка 26. При сжатии пружины 22 другой конец линейки перемещается в пазу оси 25. Пружина 23 упирается в тензометрический датчик силы 26, закрепленный в ползун 28, который через ось 29 (из изолятора) соосно соединен с упором 30, в котором размещен образцедержатель на шпонке, состоящий из ролика 31 и обоймы 32. С упором 30 через втулку 10 (из изолятора) жестко соединен фиксатор 33. Между ушками фиксатора 33 входят упоры 34 поводкового кронштейна 35 (фиг. 7), который крепится на крышке внешнего корпуса 1 приводного узла. Для замера сближения ролика 31 с роликом 6, вследствие износа на кронштейне 7 жестко размещен индикатор часового типа 36, который своей ножкой упирается в фиксатор 33. Вращательный момент трения от ролика 31 через фиксатор 33 и поводковый кронштейн 35 передается на внешний корпус 1 приводного узла и, вследствие возможности его вращения вокруг внутреннего корпуса 2 передается на планки 37, 38, 39 (фиг. 2, 3), расположенные горизонтально симметрично на внешнем корпусе 1 приводного узла. Под планками 37 размещены вертикально стойки 40, 41, жестко на основании 15. В планках 40 и 41 размещены вертикально регулировочные винты 42, 43 с контргайками. Винты 42, 43 упираются в датчики силы 44, 45, которые служат для замера усилия от вращательного момента.

Для замера трения покоя (фиг. 4) служат планки 38, 39, в которых также размещены регулировочные винты 46, 47. Винт 46 упирается в датчик силы 48, размещенный в гильзе 49, которая лапками 50 жестко соединена с основанием 15. Снизу в гильзу 49 вкручен на резьбе винт 51, упирающийся через седло 52 и пружину 53 в тензодатчик силы 48. Индикатор часового типа 54, расположенный на кронштейне, своей ножкой упирается в торец винта 47 и служит для фиксации перехода трения покоя в трение скольжения. Вместо индикатора часового типа 54 может быть поставлен датчик перемещения. При замере трения покоя скоба 55 (фиг. 1, 6) со стопорным винтом 56 служат для фиксации вала 3. На внутреннем корпусе 2 приводного узла на кронштейне 57 размещен стопорный винт 58, который служит для фиксации внешнего корпуса 2 приводного узла при установке исходных показаний датчиков силы 44, 45, 48 (фиг. 2-4) при измерении усилий от момента трения и трения покоя. Сверху машина трения для изоляции от воздействия электрических полей закрыта защитным колпаком из сетки 59 (фиг. 4).

На фиг. 8, 9 показана многофункциональная машина трения для производства испытаний по торцевой схеме, представленной на фиг. 1-7 с расширением функциональных возможностей созданием нормальных вибрационных нагрузок. Для этого винт 19 делается полым и сквозь него пропускается ударник 60, один конец которого проходит через отверстие в прижиме 21 и упирается, пройдя по оси пружины 22 в прижим 23, а другой конец закреплен соосно в катушке управления вибратора 61, который состоит из корпуса 62, сердечника 63, катушки управления 64, катушки подмагничивания 65 и пружины 66. Вибратор 61 устанавливается на стойках на плите 67, которая может перемещаться вдоль оси в пазах и крепится к основанию 15 на болтах. Положение плиты 67 корректируется винтом 68 и фиксируется контргайкой 69.

На фиг. 10 представлена многофункциональная машина трения, позволяющая производить испытания по схеме вал - частичный подшипник, конструкция которой отличается тем, что измерительная система в виде трубы 72 установлена вертикально. Гайкой 9, зажимающей ролик 6 на приводном валу 3, дополнительно зажимается токосъемник 70. В токосъемник упирается винт 12 пружинного контакта 11, установленного со стороны торца валика 6 для снятия трибоЭДС. На внешнем корпусе 1 сверху жестко установлен кронштейн 71, к которому вертикально жестко прикреплена труба 72. В нижней части трубы 72 - подвижный ползун 73 со штифтом 74, проходящим через паз в трубе 72, не допускающим вращения ползуна вокруг вертикальной оси (фиг. 10). К нижней части ползуна 73 через ось 75 (из изолятора) прикреплен переходник 76, в котором на оси 77 размещена державка 78 с зажатым в ней образцом 79 (частичный подшипник), который может прижиматься нормальной силой к ролику 6 при сжатии пружины 82. В верхней части ползуна 73 в трубе 72, соосно с ней, размещены тензодатчик силы 80 прижим 81, калиброванная пружина 82 и прижим 83. На прижимах 81, 83 жестко горизонтально установлены оси 84, 85. На оси 85 жестко размещена линейка 86. Другой конец линейки 86 находится в пазу оси 84. В прижим 83 упирается винт 87, размещенный по оси на резьбе в гайке 88 в верхней части трубы 72. Винт 87 имеет контргайку 89 и ручку для вращения 90. На оси 91 размещена вилка 92, которая соединена с осью противовеса 93, по которой на резьбе может быть перемещен груз, противовес 94 и служащий для уравновешивания ползуна 73 и соединенных с ним деталей, вес которых через закрепленный в ползуне 73 штифт 95, входящий в пазы вилки 72, уравновешивается грузом противовес 94.

Для проведения испытаний со смазкой ниже ролика 6 установлена ванна 96, которая жестко крепится к основанию через изолятор 97.

С целью производства испытаний по схеме вал - частичный подшипник (фиг. 10) с вибрационными нагрузками, в машине трения вместо кронштейна 71 к верхнему корпусу 1 жестко присоединяется кронштейн 98 на болтах 99, к которому жестко вертикально присоединяется труба 100. В нижней части этой трубы находится ползун 101, который может перемещаться вдоль оси трубы 100 и не может вращаться вокруг оси вследствие жестко соединенного с ним штифтом 102, концы которого входят в пазы трубы 100. К нижней части ползуна 100 последовательно присоединен через ось 75 (из изолятора) переходник 76, в котором на оси 77 размещена державка 78 с зажатым в ней образцом 79 (частичный подшипник), который может прижиматься нормальной силой к ролику 6. В верхней части ползуна 101 в трубе 100 установлен тензодатчик силы 103, в который упирается прижим 104 со штифтом 105, концы которого входят в пазы трубы 100. В прижим 104 по оси вкручен винт 106 с контргайкой 107. В головку винта 106 упирается ударник 108 вибратора 109. Сам вибратор 109 присоединяется к вертикальной стойке 110 болтами 111, проходящими через пазы в стойке 110 и вкручивающиеся в стойки вибратора 112. Положение вибратора 109 по вертикали корректируется винтом 113 с контргайкой 114. Сближение образца 79 с роликом 6 за счет износа фиксируется индикатором часового типа 115 (фиг. 13), установленного на кронштейне 116, который, в свою очередь, жестко крепится к кронштейну 98. Положение индикатора 115 (или датчик перемещения) фиксируется винтом 117. Головка индикатора упирается в штифт 118, жестко соединенный с ползуном 101.

С целью изучения в процессе испытаний явления фреттинга, в конструкции машины трения связь вала электродвигателя 5 с приводным валом 3 осуществляется с помощью сцепной механической управляемой зубчатой муфты (фиг. 14, 15), состоящей из подвижной полумуфты 119 с пазом 120 для вилки отводки, подвижной полумуфты 121 со шкивом 122, при этом, подвижная полумуфта 119 устанавливается на шлицах на конце вала 123 электродвигателя 5, а неподвижная полумуфта 121 устанавливается на подшипнике 124 с возможностью вращения вокруг оси вала 123. Другая полумуфта 125 жестко соединена на шпонке с приводным валом 3. Посредством приводного ремня 126 шкив 121 соединен со шкивом 127 на валу 128 подшипниковой опоры 129, установленной на основании 15. На другом конце вала 128 размещен эксцентрик 130, входящий в прорезь вилки легкого жесткого рычага 131 с вилкой на конце, а другой конец рычага 131 насажен на ось приводного вала 3 и может жестко фиксироваться на нем посредством стопорного винта 132.

Машина трения работает следующим образом.

Предварительно устанавливаются образцы для испытания согласно принятой схеме. Проверяют стопорные винты 56, 132, они не должны зажимать приводной вал 3. Стопорным винтом 58 фиксируют второй корпус вертикально (перед началом испытания его отпускают), при этом планки устанавливают горизонтально, отводя винт 46 (фиг. 4) от касания с тензодатчиком силы 48, и, соответственно винт 47 (фиг. 4) не должен касаться измерительной ножки индикатора (или датчика перемещения) 54 (фиг. 4). Вращая винты 42, 43 приводят их в соприкосновение с тензодатчиками силы 44, 45. Закрепляют винты 42, 43 контргайками. Отпускают стопорный винт 58 и включают электродвигатель 5. Ролик 6 при этом начинает вращаться.

Испытания (по пункту 1 формулы изобретения).

При испытании по торцевой схеме (фиг. 1) вращением ручки 20 винт 19 производят сжатие пружины 22 до нужного усилия, которое определяеся по линейке 26 или по показаниям тензодатчика силы 27. Возникающий момент трения передается через фиксатор 33 на поводковый кронштейн 35, который жестко связан с корпусом 1 заставляя его поворачиваться.

При этом вращательный момент воспринимается одним из тензодатчиков силы 44, 45 в зависимости от направления вращения электродвигателя 5. При испытании при реверсивном движении, тензодатчики силы 44, 45 работают попеременно в зависимости от заданного режима (можно и вращение в одном направлении). Индикатор 36 предварительно устанавливается в рабочее положение. Устанавливается пружинный контакт 11 (фиг. 2, 5), и, вследствие изоляции трибоузла: детали 7, 8, 10 производится замер трибоЭДС, одновременно замеряется температура (пирометр или термометр). Все замеры в реальном времени отображаются на экране компьютера. Машина трения закрыта сеткой 59 (показано только на фиг. 4).

Испытание (пункт формулы 2).

Дополнительно ко всем действиям по пункту 1 в отверстие винта 19 вводится ударник 60 и прикрепляется в катушке управления 64 вибратора 61. Перемещая плиту 67 вместе с вибратором 61 создаем за счет пружины 66 вибратора 61 нужное синтетическое усилие, которое контролируется тензодатчиком силы 27. Усилие от пружины 66 вибратора 61 корректируется винтом 68 с контргайкой и, окончательно вибратор фиксируется болтами плиты 67. Дополнительно статическое усилие можно создать вращением винта 19 за счет сжатия пружины 22. У вибратора 61 катушка управления 64 подключается к усилителю низкой частоты (УНЧ) и генератору звука с предварительным выбором параметров колебаний, катушка подмагничивания 65 подключается к блоку питания постоянного тока.

Испытания по варианту (пункт формулы 3).

Дополнительно по всем действиям по пункту 1 нагружение трибоузла нормальной силой осуществляется за счет вращения винта 87 рукояткой 90. Величина усилия определяется сжатием пружины 82 по линейке 86 и показаниям тензодатчика силы 80. Предварительно производится уравновешивание измерительного узла противовесом 94. В крепление ролика 6 к приводному 3 добавляется токосъемник 70, который контактирует только с роликом 6 а от вала 3 изолирован втулкой и шайбой из изолятора и служит для снятия трибоЭДС пружинным контактом 11 (фиг. 10, 5). Измерение и отображение информации аналогично пункту 1. При необходимости проведения испытаний со смазкой используется ванночка для смазки 96, установленная на основании 15 на изоляторе 97.

Испытание по варианту (пункт 4 формулы изобретения).

Подготовка к испытанию производится аналогично пункту 3, только нагружение трибоузла осуществляется с помощью вибратора 109, который устанавливается на стойках 112, 110 (фигура 12) вертикально на кронштейне 98 с корректировкой положения винтом 113 и окончательным закреплением болтами 111 в пазах. Ударник 108 упирается в винт 106 с контргайкой 107. Винтом 106 можно корректировать статическое усилие от ударника 108 и пружины 66 (фигура 9) вибратора. Усилие от вибратора 109 через ударник 108, винт 106, прижим 104 передается на тензодатчик силы 103. Это усилие с которым образец 79 воздействует на ролик 6. Измерение отображения информации, управление вибромотором аналогично пунктам 1, 2, 3. Испытание по пункту формулы 5.

Машина трения работает следующим образом. Стопорные винты 58, 132 не зажимают приводной вал 3 и вал электродвигателя 123 соответственно. Передвигая подвижную полумуфту 119 сцепной механически управляемой зубчатой муфты по шлицам вала электродвигателя 123 с помощью паза 120 и вилки отводки вводим ее в зацепление с полумуфтой 121 со шкивом 122. Зажимаем стопорный винт 132 на рычаге 131. При готовности для испытаний по одному из пунктов 1, 2, 3, 4, включаем электродвигатель 5 через шкив 122, ремень 126, шкив 127, вал 128 передается на эксцентрик 130 который входит в прорезь вилки рычага 131 создавая возвратно-вращательное движение вала 3 и давая возможность проведению испытания на фреттинг по любому из пунктов 1, 2, 3, 4 и принятой схемы.

Замер трения покоя

Замер трения покоя можно проводить по обеим схемам испытаний торцевой схемы (пункт 1, 2 фигуры 1, 8) и вал - частичный подшипник (пункт 3, 4 фигуры 10, 12) так и при испытании на фреттинг. Во всех случаях во всех режимах испытания проводятся следующие действия: винт 46 (фигура 4) приводится в соприкосновение с тензодатчиком и закрепляется контргайкой. Под головку индикатора 54 подводится винт 47. Затем отключается электродвигатель 5. Стопорный винт 132 отпускается, зажимается стопорный винт 56. Затем отводится винт 42, 43 (фигура 3) от тензодатчика силы 44, 45. При действующей статической нагрузке вращается винт 51 (фигура 4), который через пружину 53 передает сдвигающее усилие на тензодатчик силы 48, далее через винт 46, планку 38, корпус 1 и окончательно усилие сдвигающее передается на трибоузел. Момент сдвижки фиксируется тензодатчиком силы 48 и индикатором 54 (датчик перемещения).

Изобретение относится к области трибометрии для исследования процессов трения, износа и трибоЭДС как при сухом трении, так и со смазкой. Машина трения содержит стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке, и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником, жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале. Неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов. Внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющемся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с валом электродвигателя с частотным регулированием оборотов, а на другом конце вала электродвигателя установлен контрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора. К боковой поверхности ролика прижат подпружиненный электрический контакт для снятия трибоЭДС, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы - трубы, расположенной соосно с приводным валом, в которой внутри размещены подвижно последовательно образцедержатель, установленный на шпонке на упоре, состоящий из ролика и обоймы и механическая система для создания нормальной нагрузки, состоящая из тензодатчика силы, прижимов, с размещенной между ними калиброванной пружиной и винта, упирающегося в прижим и размещенного на резьбе в крышке трубы измерительной системы. Усилия от вращательного момента через фиксатор на образцедержателе передается на поводковый кронштейн, жестко связанный с внешним корпусом, на котором симметрично горизонтально расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале. Регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, при этом износ трибопары замеряется размещенным на трубе индикатором. Технический результат: расширение функциональных возможностей машины трения с обеспечением проведения испытаний при нагрузках статических, вибрационных (при широком диапазоне управляемых параметров), а также режимах реверсивного движения, фреттинга, замер «трения покоя» с учетом предыстории функционирования трибоузла, замер трибоЭДС (в т.ч. для полимеров прямых и обратных пар), температуры, износа с отображением в реальном времени, обеспечение проведения исследований при чередовании режимов, а также получение взаимодополняющей информации, возможность проводить испытания по двум схемам: торцовой и вал - частичный подшипник. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Многофункциональная машина трения, содержащая стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке, и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником, жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале, отличающаяся тем, что неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов, причем внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющемся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с валом электродвигателя с частотным регулированием оборотов, а на другом конце вала электродвигателя установлен контрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора, при этом к боковой поверхности ролика прижат подпружиненный электрический контакт для снятия трибоЭДС, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы - трубы, расположенной соосно с приводным валом, в которой внутри размещены подвижно последовательно образцедержатель, установленный на шпонке на упоре, состоящий из ролика и обоймы и механическая система для создания нормальной нагрузки, состоящая из тензодатчика силы, прижимов, с размещенной между ними калиброванной пружиной и винта, упирающегося в прижим и размещенного на резьбе в крышке трубы измерительной системы, при этом усилия от вращательного момента через фиксатор на образцедержателе передаются на поводковый кронштейн, жестко связанный с внешним корпусом, на котором симметрично горизонтально расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале, при этом регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, при этом износ трибопары замеряется размещенным на трубе индикатором.

2. Многофункциональная машина трения по п. 1, отличающаяся тем, что винт, размещенный на резьбе в крышке трубы измерительной системы, выполнен полым с размещением внутри него ударника из немагнитного материала, причем один конец ударника проходит через отверстие в прижиме по оси и упирается в другой прижим измерительного узла, а другой конец ударника жестко соединен с управляющей катушкой электродинамического вибратора, установленной в магнитном зазоре, и через круговую пружину жестко соединенной с корпусом вибратора, который, в свою очередь, перемещается вдоль оси винтом и фиксируется контргайкой.

3. Многофункциональная машина трения (вариант), содержащая стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой конец - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке, и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником, жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале, отличающаяся тем, что неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов, причем внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющемся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с электродвигателем с частотным регулированием оборотов, а на другом конце - контрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора, при этом к ролику прижат гайкой токосъемник, в который по оси упирается пружинный контакт для снятия трибоЭДС, причем, на внешнем корпусе, выполняющем роль маятника, на котором симметрично горизонтально расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале, при этом, регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы - трубы, расположенной вертикально, и, через кронштейн жестко связанной с внешним корпусом, причем в трубе последовательно снизу вверх размещены ползун со штифтом, входящим концами в пазы трубы и механическая система для создания нормальной силы в виде пружины с осями и линейкой, прижима, в который упирается винт с контргайкой и ручкой, размещенный по оси на резьбе в гайке на конце трубы, а в нижней части ползун через ось из изолятора соединен с переходником, в котором на оси размещена державка с зажатым образцом - частичным подшипником, который винтом через прижимы, калиброванную пружину, тензодатчик силы, ползун, ось, переходник и закрепленной на нем образцедержателем - державкой с образцом, прижимается к ролику с требуемым усилием, под которым размещена ванночка со смазкой, при этом вес ползуна и соединенных с ним деталей уравновешен противовесом на конце рычага, закрепленного на оси кронштейна и с вилкой на конце, в которую входит штифт в ползуне.

4. Многофункциональная машина трения (вариант), содержащая стол с жестким основанием, электродвигатель, неподвижную бабку, в которой в подшипниковой опоре размещен приводной вал, один конец которого через муфту соединен с электродвигателем, а другой конец - с ведущей головкой с контрэлементом, к которому прижимается торцом образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом образец закреплен в образцедержателе, расположенном на валу в подвижной бабке, и вал, вращающийся вокруг своей оси и перемещающийся вдоль оси для передачи усилия на образец с помощью механической системы в виде рычагов, при этом момент трения уравновешивается маятником, жестко связанным с образцедержателем с определением момента по шкале, отличающаяся тем, что неподвижная бабка выполнена в виде приводного узла, состоящего из двух корпусов, причем внешний корпус установлен на подшипниках на внутреннем корпусе, являющемся корпусом для подшипниковой опоры приводного вала, одним концом через муфту соединенного с электродвигателем с частотным регулированием оборотов, а на другом конце - котрэлемент в виде ролика, изолированного от приводного вала втулкой и шайбами из изолятора, при этом к ролику прижат гайкой токосъемник, в который по оси упирается пружинный контакт для снятия трибоЭДС, при этом, на внешнем корпусе, выполняющем роль маятника, горизонтально симметрично расположены два ряда планок, упирающихся в первом ряду через регулировочные винты в тензодатчики в вертикальных стойках, жестко связанных с основанием, а второй ряд планок служит для измерения «трения покоя» при зафиксированном стопорным винтом приводном вале, при этом регулировочный винт одной планки второго ряда упирается в тензодатчик силы, нагружаемый снизу через пружину винтом, размещенным вместе с тензодатчиком силы в вертикальной стойке на основании, а другая планка второго ряда своим регулировочным винтом упирается в головку индикатора (датчик перемещения) на кронштейне на основании, а подвижная бабка выполнена в виде измерительной системы - трубы, расположенной вертикально, и, через кронштейн жестко связанный с внешним корпусом, причем в трубе последовательно снизу вверх размещены ползун со штифтом, входящим концами в пазы трубы и механическая система для создания нормальной силы, состоящая из тензодатчика силы, на который устанавливается прижим со штифтом, концы которого входят в пазы трубы, и в верхний конец прижима на резьбе установлен винт с контргайкой, в торец которого упирается ударник, соединенный жестко по оси с катушкой управления электродинамического вибратора, установленного вертикально соосно с трубой и соединенным через вертикальную планку с кронштейном с возможностью регулирования вертикального перемещения с помощью винта с последующей жесткой фиксацией, причем ползун в нижней части через ось из изолятора соединен с переходником, в котором на оси размещена державка с зажатым образцом - частичный подшипник, который с помощью пружины вибратора прижат к ролику, с требуемым усилием статической и вибрационной нагрузки, а индикатор размещен на кронштейне для измерения износа трибосопряжения.

5. Многофункциональная машина трения по п. 4, отличающаяся тем, что муфта, соединяющая вал электродвигателя с приводным валом, выполнена в виде сцепной управляемой зубчатой муфты, состоящей из двух полумуфт и с пазом для вилки отводки подвижной муфты, размещенной на конце вала электродвигателя на шлицах, при этом одна полумуфта размещена на шпонке на приводном валу, другая полумуфта со шкивом - на валу электродвигателя на подшипнике, с возможностью вращения вокруг оси, при этом шкив полумуфты через ремень соединен со шкивом вала в подшипниковой опоре с осью, параллельной оси приводного вала, другой конец вала в подшипниковой опоре снабжен эксцентриком, входящим в вилку, конец которой насажен подвижно на ось приводного вала и имеет стопорный винт.